JPH02126049A

JPH02126049A - ループ型ヒートパイプ式流体加熱装置

Info

Publication number: JPH02126049A
Application number: JP63278748A
Authority: JP
Inventors: Masataka Mochizuki; 正孝望月; Kozo Suzuki; 皓三鈴木; Muneo Okada; 岡田　宗男; Koichi Suzuki; 康一鈴木; Ryuichi Okiayu; 置鮎　隆一; Koichi Masuko; 耕一益子
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Fujikura Ltd; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Fujikura Ltd; Aisin Corp; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 1988-11-04
Filing date: 1988-11-04
Publication date: 1990-05-15
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: JPH0816597B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明はヒートパイプを用い、かつオン−オフ制御と
熱出力制御とが可能な温水発生器に関し、特にループ型
のヒートパイプを用いた温水発生器に関するものである
。

従来の技術給湯装置は規模に応じて気体燃料や液体燃料を熱源とし
たものや、電気ヒータを熱源としたものが使用されてい
るが、取扱いや制御の容易性の点では電気ヒータを熱源
としたものが優れてりるため、一般家庭や集合住宅では
電気温水器が用いられるようになってきている。その電
気温水器の形式としては、通水と同時に電気ヒータをオ
ンとする形式のものや、温水タンクを設けて常時、一定
巾でかつ一定温度以上の温水を保持し、そのタンク内の
温水を厨房などに供給する形式のものが従来知られてい
る。

発明が解決しようとする課題しかるに通水と同時に電気ヒータをオンとする形式の電
気温水器では、流水を加熱する関係上、単位時間でかつ
単位面積当りの熱授受量を多くする必要があり、そのた
めに電気ヒータの容量を大きくしなければならず、それ
に伴い電気ヒータの熱容量が大きくなって通電開始から
所期の温度に達するまでに時間を要し、換言すれば、直
ちに温水を得ることができず、熱応答性が悪い問題があ
った。またこの形式の電気温水器では、熱を蓄えておく
ことがてきな訃から、安価な深夜電力を有効に利用でき
ない問題があった。

また温水タンクを備えた貯湯型電気温水器では、温水タ
ンク内の湧を送出ダから、必要な時に直ちに温水を得る
ことができるうえに、熱を蓄えておけるので安価な深夜
電力を利用できる利点がある。

その反面、容積の大きい温水タンクを必要とするので、
広い設置スペースを確保しな【プればならない問題があ
った。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、熱応答
性が良く、コンパクトな温水発生器を提供することを目
的とするものである。また特に請求項２に記載の発明の
目的は、熱出力を短時間に容易に停止させるために作動
流体の全量を液溜め部に容易に逆流させることが可能な
温水発生器を提供することにある。

問題点を解決するための手段上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は
、外部から入熱のある中空構造の蒸発部と、その蒸発部
より高い位置にあって外部の流水に対して熱を与えて渇
水とする中空構造の凝縮部とを、パイプによって連結し
て密閉循環管路を形成するとともに、その密閉循環管路
の内部に真空排気した状態で蒸発および凝縮可能な作＃
ｊＪ流体を封入することによりループ型ヒートパイプを
形成し、そのループ型ヒートパイプのうち蒸発部の流入
側と流出側どの両方に開閉弁を設け、また蓄熱手段を蒸
発部の外部に密着させて設けるとともに、蒸発部および
蓄熱手段の両方に熱を与える加熱手段を蒸発部の外部に
設け、さらに前記凝縮部の下側でかつ開閉弁より上側に
液相の作ｖＪ流体の全量を貯溜可能な液溜め部を設けた
ことを特徴とするものである。

また請求項２に記載した発明は、前記蒸発部と前記液溜
め部もしくは凝縮部とをバイパス管によって連通させる
とともに、そのバイパス管に、蒸発部から液溜め耶もし
くは凝縮部に向けた流れのみを許容する逆止弁を設けた
ことを特徴とするものである。

作　　　　　用この発明の温水発生器では、ループ型ヒートパイプに対
する外部からの熱は、加熱手段によって蒸発部に対して
与えられる。その場合、蒸発器出口側の開閉弁を閉じて
作動液の全量を液溜め部に溜めておけば、蒸発部は所謂
ドライアウトの状態になるため、凝縮部に対する熱の輸
送は生じない。

これに対して当該開閉弁を開けば、作動液が蒸発部に供
給されるので、作動液が蒸発部で照光し、その蒸気が凝
縮部に流れる。したがって凝縮部に水を流せば、作動流
体の蒸気から水に対して熱伝達が生じ、その結果、温水
が得られる。すなわち開閉弁によってオン・オフするこ
とができる。また開閉弁を閉じた状態で加熱手段から熱
を供給すれば、熱輸送が生じないことにより蓄熱手段に
熱が蓄えられる。その熱によって蒸発部における作動流
体を加熱できるので、蒸発部に供給された作動液は加熱
手段の状態の如何に拘らず蓄熱部の熱によって直ちに蒸
発して凝縮部に熱を輸送し、したがって熱応答性が良好
になる。特に蒸発部の流入側の開閉弁を開き、かつ流出
側の開閉弁を閉じておけば、蒸発部の内部に作動流体の
蒸気が充満した状態になるので、この状態で流出側の開
閉弁を開けば、作ｖＪ流体悪気が直ちにａ組部に流れる
ため、熱応答性が更に良好になる。またこの温水発生器
の熱出力を停止させるために、まず蒸発器出口側の開閉
弁を閉止し、その結果、蒸発器内の作動液の蒸気により
圧力が上昇し、残存する蒸発器内の作ｖＪ液の全量を速
やかに液溜め部に逆流・返送できる。その後、蒸発部入
口側の開閉弁を閉止することで、蒸発部内の作動液を排
出可能となる。そして加熱手段の熱を蓄熱手段で蓄える
から、温水タンクが不要となり、狭いスペースに容易に
設置することができる。

また請求項２に記載した発明では、各開閉弁を閉じた状
態で蒸発部を加熱することにより、蒸発部に残留する作
１１Ｊ流体が蒸発してその内部圧力が高くなり、それに
伴いその蒸気が逆止弁を介して液溜め部もしくは凝縮部
に流れるので、蒸発部に残留する作ｖＪ流体が液溜め部
に戻る。

実　　施　　例つぎにこの発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示″９′模式図であって
、ここに示を装置は、外部から入熱のある蒸発部１と給
水２に対して放熱する凝縮部３とを、蒸気管４および液
戻り管５によって連結して全体として密閉管路を形成し
、その内部をヒートパイプとしたものである。すなわち
蒸発部１は、上下方向に向けて配列した複数本のパイプ
ロの上端部同士を下部ヘッダ管７によって互いに連通さ
せ、また上端部同士を上部ヘッダ管８によって互いに連
通させて構成されている。他方、凝縮部３は、要は、給
水２との間の熱交換器であって、例えば、蛇行管９と同
心状に外管１０を設けた二重管構造とし、その外管１０
の一端部に給水２の流入口１１を形成するとともに、他
端部に温水１２の流出口１３を形成したものである。な
お、凝縮部３はこのような構成以外に、シェルチューブ
型のものとして構成することもてきる。

そしてその凝縮部３が前記蒸発部１に対して高い位置に
配置され、蒸発部１における上部ヘッダ管８と凝縮部３
における蛇行管９の上端部とが蒸気管４によって連通さ
れ、また蒸発部１にＪｉける下部ヘッダ管７と凝縮部３
における蛇行管９の下端部とが液戻り管５によって接続
され、その結果、全体として密閉された循環管路となっ
ている。

この循環管路の内部は、空気などの非凝縮性ガスを排除
するために真空排気され、さらにその状態で水やアルコ
ールなどの蒸発および凝縮を行なう作動流体１４が封入
されており、したがって循環管路の内部は、ループ型ヒ
ートパイプとして構成されている。

さらに前記液戻り管５のうち前記凝縮部３より下側に作
動流体１４の全量を貯溜することのできる液溜め部１５
が設けられている。

そして蒸発部１の流入側である下部ヘッダ管７と液戻り
管５との間には第１の開閉弁１６が設けられ、これに対
して蒸発部１の流出側である上部ヘッダ管８と蒸気管４
との間には第２の開閉弁１７が設けられている。

またさらに前記蒸発部１のうち少なくともそのパイプロ
の外周には、潜熱もしくは顕然として熱を蓄わえる蓄熱
材１８が？！着して設けられており、その蓄熱材１８の
内部に加熱源として電気ヒータ１９が配置されている。

なお、特には図示していないが、上述した循環管路は、
外気との間で熱授受が生じないよう断熱被覆されている
。まノζ蒸発部１におけるパイプロの内周面には、下部
ヘッダ管７から液相の作動流体１４を汲み上げるための
毛細管圧力を生じさせる金網などのウィックを必要に応
じて設けてもよい。

上記の温水発生器では、給水２を加熱Ｒ温するための入
熱は前記電気ヒータ１９を通電発熱させて行ない、また
温水を必要とする場合には、前記各開閉弁１６．１７を
開くとともに、給水２を凝縮部３における外！！１０の
内部に連続して供給する。すなわち電気ヒータ１９に通
電して発熱させると、先ず、蓄熱材１８が加熱昇温され
る。その場合、前記開閉弁１６．１７を閉じであると、
液相の作動流体１４が液溜め部１５に溜ったままとなっ
て蒸発部１に供給されないから、蒸発部１が単に加熱さ
れるのみで所謂ドライアウトの状態になる。したがって
ヒートパイプとして機能しないから、蒸発部１に与えら
れた熱が凝縮部３に運ばれず、蓄熱のみが行なわれる。

これに対して蓄熱材１８の温度が充分高い状態で開閉弁
１６．１７を開けば、液相の作動流体１４が蒸発部１に
供給されて加熱蒸発する。その蒸気は蒸気管４を通って
凝縮部３の蛇行管９に至り、その内部を流通する間に作
動流体蒸気の有する熱が外管１０の内部を流れる給水２
に与えられ、したがって外管１０内に連続的に給水２を
供給することにより温水１２を連続的に得ることができ
る。このような蒸発部１から凝縮部３における給水２へ
の熱の伝達は、ヒートパイプの熱容量が極めて小さいた
めに、迅速に生じ、したがって前記開閉弁１６．１７を
開くことにより温水１２を直ちに得ることができ、した
がって熱応答性の良い温水発生器とすることができる。

また蒸発部１に対する流入側の開閉弁である第１の開閉
弁１６を開き、第２の開閉弁１７を閉じておくと、蒸発
部１を構成するパイプロに作動流体１４が液溜め部１５
から供給されるので、電気ヒータ１９もしくは蓄熱材１
８から蒸発部１に熱を与えておくことにより、蒸発部１
において作動流体蒸気が生じている状態となり、したか
つてこの状態で第２の開閉弁１７を開けば、事前に発生
している作動流体蒸気が蒸気管４を経て凝縮部３に流れ
、その結果、外管１０に供給する給水２が第１の開閉弁
１７の開弁の後に直ちに加熱昇温されて温水１２となり
、流出口１３から厨房などの所定箇所に供給される。す
なわち第１の開閉弁１６のみを開いた状態としておけば
、蒸発部１から凝縮部３への熱の輸送が更に迅速に生じ
るので、熱応答性が上記の場合より更に向上する。同様
に、温水器の熱出力を停止させる際に、まず開閉弁１７
を閉止し、蒸発部の圧力上かにより作動液を液溜め部１
５に短時間に逆流できる。その後、開閉弁１６を閉止す
る。

なお、蛇行管９の内部で放熱した作動流体は凝縮して液
溜め部１５に流下し、開閉弁１６が開いていれば、再度
蒸発部１に供給されて熱輸送の用に供され、また開閉弁
１６が閉じていれば、液溜め部１５に貯溜される。

したがって上記の装置では、蒸発部１に対する熱の供給
と凝縮部３から温水の形での熱出力とを別個に行なうこ
とができるので、深夜電力を利用して加熱を行ない、昼
間にその熱によって温水を得ることができる。また上記
の装置は前述したように熱応答性が良く、温水タンクを
設備する必要がないので、狭いスペースに設置すること
ができる。ざらに温水を得るためには、開閉弁１６，１
７を開けばよいので、その操作が簡単である。

なお、上記の実施例では、蒸発部１を多数本のパイプロ
および上下のヘッダ管７．８によって構成したが、蒸発
部１は蛇行管や螺旋管によって構成してもよい。また凝
縮部３は上記の蒸発部１のように複数本のパイプをヘッ
ダ管で連通させて構成してもよい。

ところで上述した構成では、蓄熱材１８に熱を蓄える場
合に蒸発部１の全体も加熱されるために、蒸発部１に作
ｖＪ流体１４が残留していると、その作動流体１４が加
熱されて蒸発し、その結果、蒸発部１の内部圧力が高圧
になることがあるが、このような事態が頻繁に生じると
耐久性に悪影響が生じる。第２図に示す温水発生器はこ
の点に鑑み、蒸発部１から容易に作動流体１４を排出し
て蒸発部１の異常な圧力上弁を防止するよう構成したも
のである。すなわち第２図において、蒸発部１を構成す
る下部ヘッダ管７と液溜め部１５とがバイパス管２０に
よって連通されており、そのバイパス管２０には、蒸発
部１から液溜め部１５に向けた作！Ｉｌｌ流体１４の流
れのみを許容する逆止弁２１が介装されており、蒸発部
１の内部圧力が下部ヘッダ管７にかかる水頭圧８以上に
なると、蒸発部１内の作動流体が逆止弁２１およびバイ
パス管２０を経て液溜め部１５に流入するようになって
いる。

蓄熱のみを行なう場合、第２図に示す温水発生器でも各
開閉弁１６．１７を閉じて電気ヒータ１９を通電発熱さ
せ、それに伴って蒸発部１に残留する作動流体１４が蒸
発して蒸発部１の内部圧力が上昇するが、第２図の構成
では、蒸発部１の内部圧力が下部ヘッダ管７にかがる水
頭圧８以上になると、逆止弁２１が開いて作動流体蒸気
が液溜め部１５に流れ、そこで凝縮する。したがって蒸
発部１に残留する作動流体の全量が蒸発した後は下部ヘ
ッダ管７にかかる水頭圧Ｈにバランスする圧力の作動流
体蒸気が蒸発部１に残るのみで、はぼ全量が液溜め部１
５に戻され、また蒸発部１の内部圧力が異常に高くなる
ことが防止される。

なお、第２図に示す構成では、各開閉弁１６゜１７を閉
じた状態で蒸発部１を加熱することにより蒸発部１から
ほぼ完全に作動流体１４を排出し、かつそのような所謂
空状態を各弁１６．１７．２１によって維持できるので
、蒸発部１の点検や交換、補修などの作業を作動流体１
４の損失を最低限に抑えて容易に実行することができる
。

なお上記の各実施例では、加熱手段を電気ヒータ１９と
したが、この発明では電気ヒータ以外に高温ガスなどの
他の熱源を使用することができる。

またバイパス管は液溜め部に接続せずに凝縮部に接続し
てもよい。さらにこの発明の温水発生器は、例えば水に
替えて空気を凝縮部に流す構成とすれば、空調用熱交換
器として転用することができる。

発明の詳細な説明したようにこの発明の温水発生器では、ループ型
ヒートパイプのうち外部からの入熱のある蒸発部の流入
側と流出側との両方に開閉弁を設けるとともに、その蒸
光部の外周に蓄熱材を密着させて設けたから、各開閉弁
を閉じることにより蒸発部に対する作ｌＩＪ流体の流出
入が生じなくなって蓄熱手段に熱を蓄えることができ、
また流出側の開閉弁のみを閉じておけば、蒸発部の内部
に作１１Ｊ流体蒸気を充満させておくことができ、した
がって流出側の開閉弁を開くと同時に作動流体蒸気が凝
縮部に流れて給水に熱を与え、温水を得ることができる
ため、熱応答性を従来になく格段に向上させることがで
きる。また蓄熱材は温水を得る際の立ち上がりを良好に
することに加え、温水の必要性の有無に関係なく熱を蓄
えることを可能にするので、この発明の温水発生器では
安価な深夜電力を有効に利用することができ、しかも温
水タンクを必要としないので、スペース効率の良好な装
置とすることができる。ざらに逆止弁を介装したバイパ
ス管で蒸発部と凝縮部もしくは液溜め部とを連通させれ
ば、各開閉弁を閉じた状態で蒸発部を加熱することによ
り蒸発部に残留する作動流体のほぼ全量を液溜め部に戻
すことができ、かつその空状態を開閉弁によって維持で
きるので、蒸発部の内部圧力が異常に上昇することを防
止するとともに、作動流体の損失を最低限に抑えて蒸発
部の交換や補修などの作業を容易ならしめることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す模式図、第２図はこ
の発明の他の実施例を示す模式図である。１・・・蒸発部、　２・・・給水、　３・・・凝縮部、
　４・・・蒸気管、　５・・・液戻り管、　１４・・・
作ｔｌＪ′ｆｔ体、１５・・・液溜め部、　１６．１７
・・・開閉弁、　１８・・・蓄熱材、　　１９・・・電
気ヒータ　２０・・・バイパス管、　２１・・・逆止弁
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）外部から入熱のある中空構造の蒸発部と、その蒸
発部より高い位置にあつて外部の流水に対して熱を与え
て温水とする中空構造の凝縮部とを、パイプによつて連
結して密閉循環管路を形成するとともに、その密閉循環
管路の内部に真空排気した状態で蒸発および凝縮可能な
作動流体を封入することによりループ型ヒートパイプを
形成し、そのループ型ヒートパイプのうち蒸発部の流入
側と流出側との両方に開閉弁を設け、また蓄熱手段を蒸
発部の外部に密着させて設けるとともに、蒸発部および
蓄熱手段の両方に熱を与える加熱手段を蒸発部の外部に
設け、さらに前記凝縮部の下側でかつ開閉弁より上側に
液相の作動流体の全量を貯溜可能な液溜め部を設けたこ
とを特徴とするループ型ヒートパイプ式温水発生器。
（２）前記蒸発部と前記液溜め部もしくは凝縮部とをバ
イパス管によつて連通させるとともに、そのバイパス管
に、蒸発部から液溜め部もしくは凝縮部に向けた流れの
みを許容する逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１
記載のループ型ヒートパイプ式温水発生器。